KR20140106610A

KR20140106610A - 가스, 특히 엔진 배기 가스를 위한 열교환기

Info

Publication number: KR20140106610A
Application number: KR1020147017539A
Authority: KR
Inventors: 마르코 카를로스 로드리고; 프란시스코 모레노 후안 카를로스 드; 에레로 에바 토마스; 이지아 세라핀 얼제이
Original assignee: 발레오 테르미코 에스.에이.
Priority date: 2011-12-01
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-09-03
Also published as: ES2406184A2; US20140345839A1; ES2406184R1; WO2013079656A1; EP2786084A1; ES2406184B1

Abstract

헤더(3) 내부에 배열되고 냉각제와의 열교환에 의해 냉각될 가스가 내부에서 유동하는 복수의 평행 튜브(2) 및 가스의 유동을 방해하고 각각의 튜브(2)의 내부에 배열된 핀(9)을 포함하는 가스를 위한, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기가 제공된다. 튜브(2) 및 헤더(3)는 각각 복수의 돌출부(10 및 11)를 포함하고, 돌출부의 분포 패턴 및 치수는 튜브(2) 및 헤더(3)의 치수에 따라서 규정되며, 돌출부는, 열교환기(1)가 조립되고 퍼니스 내에서 납땜되는 동안, 헤더(3), 튜브(2) 및 핀(9) 간의 서로에 대한 적절한 분포의 압축을 보장할 수 있다. 그에 의해, 조립된 구성요소들 사이의 완벽한 분포의 압축 및 열교환기의 양호한 퍼니스 납땜이 달성된다.

Description

가스, 특히 엔진 배기 가스를 위한 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR GAS, PARTICULARLY FOR ENGINE EXHAUST GASES}

본 발명은 가스, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기에 관한 것이다.

본 발명은 보다 구체적으로는 엔진의 배기가스 재순환을 위한 열교환기(EGRC)에서 이용된다.

가스를 냉각하기 위한 일부 열교환기, 예를 들어 배기 가스를 포지티브-점화(positive-ignition) 엔진의 입력부를 향해서 재순환시키기 위해서 시스템에서 이용되는 열교환기에서, 열을 교환하는 2개의 매체가 벽에 의해 분리된다.

열교환기의 기본적인 원리는 상이한 온도의 2개의 유체들 사이의 열교환이다. 통상적으로, 서로 가능한 한 근접하여 위치되는 독립적인 회로들을 통해서 고온 유체 및 저온 유체가 유동한다. 교환의 효율은 각각의 유체의 다른 유체에 대한 질량(mass) 유량, 속도, 비열 및 온도에 의존한다. 각각의 회로의 디자인, 구획부의 디자인, 및 미가공(raw) 재료가 또한 중요하다.

시장에 존재하는 EGR 교환기의 현재의 구성은, 일반적으로 스테인리스 스틸 또는 알루미늄으로 제조되는 금속 열교환기에 대응한다.

열교환기 자체는 상이한 구성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 열교환기는, 가스의 통과를 위한 일련의 평행 도관이 내부에 배열되고, 그 도관의 외부에서 냉각 유체가 유동하는 케이싱으로 이루어질 수도 있고, 다른 실시예에서는, 배기 가스 및 냉각 유체가 교호의 층을 이루는 2개의 플레이트들 사이에서 유동하도록 열교환 표면을 형성하는 일련의 평행 플레이트들로 열교환기가 구성된다.

도관의 번들을 갖는 열교환기의 경우에, 도관과 케이싱 사이의 조립이 상이한 타입이 될 수도 있다. 일반적으로, 케이싱의 각각의 단부에 연결된 2개의 지지 플레이트들 사이의 도관의 단부에 의해 도관이 지지되고, 2개의 지지 플레이트는 각각의 도관을 배치하기 위한 복수의 홀을 갖는다. 이러한 지지 플레이트는 다시 재순환 도관에 대한 연결을 위한 수단에 고정된다.

이러한 연결 수단은, 열교환기가 조립되는 재순환 도관의 디자인에 따라서, 플랜지의 둘레 연결 엣지 또는 V-형상의 분지(branch)로 이루어질 수도 있다. 일부 경우에, 지지 플레이트가 연결 수단과 하나의 피스로 구축되고 그리고 단일 연결 플랜지를 형성한다. 또한, 케이싱의 한 단부 또는 양 단부에 배열된 가스 저장용기로 연결 수단이 구성될 수도 있다.

2가지 타입의 EGR 교환기에서, 그 구성요소의 대부분이 금속이고, 그에 따라 이러한 용도에서 요구되는 적절한 밀봉을 보장하기 위해서, 그 구성요소가 기계적인 수단을 이용하여 조립되고 이어서 퍼니스(furnace) 내에서 용접되거나, 또는 아크 용접 또는 레이저 용접된다. 일부 경우에, 교환기는 또한, 단일 기능을 가질 수 있는 또는 단일 구성요소 내로 통합된 몇 개의 기능을 가질 수 있는, 플라스틱 재료로 제조된 일부 구성요소를 포함할 수도 있다.

튜브형 교환기에서, 열교환기 회로 내부에서 핀(fin) 또는 파형부(undulation)를 이용하는 것이 공지되어 있는데, 이는 그러한 핀이나 파형부가 열교환기의 열교환 및 기계적인 강도를 개선하는데 기여하기 때문이다.

파형부 또는 핀은, 유체가 회로 전체에 정확하게 충전되고, 열교환을 촉진하여, 회로 내의 압력 증가가 있을 때 기계적인 강도를 개선할 수 있도록 유체를 안내하는 것을 돕는다.

본원과 동일한 특허권자의 특허 출원 ES 2331218은, 돌출부가 튜브의 조립체에 대해서 사전결정된 거리에 배열되도록, 그에 따라 압력 증가의 경우에 튜브의 제어된 팽창을 보장하도록, 표면 상으로 스탬핑된 그리고 그 내부를 향해서 지향된 일련의 돌출부를 포함하는 케이싱을 갖는 튜브형 열교환기를 개시한다.

특허 JP20010130114는 직사각형 횡단면을 갖는 가스 튜브의 번들을 포함하는 열교환기를 개시하고 있으며, 튜브의 내부에는, 노치형(notched) 횡단면을 가지고 매끄러운 부분(피크 및 골(trough)을 형성한다)이 튜브의 내측 표면과 접촉하는 핀 및 이 핀의 매끄러운 부분에 대향하는 튜브의 벽에 배열된 복수의 돌출부가 포함된다. 돌출부의 이러한 배열은 튜브 내부에서의 핀의 정확한 배치를 허용하고 그리고 핀이 분리되는 것을 방지한다.

특허 DE19961054368은 케이싱 내부에 배열된 직사각형 횡단면을 갖는 가스 튜브의 번들을 포함하는 열교환기를 개시한다. 튜브는, 외부를 향해서 지향되고 튜브들 사이의 그리고 케이싱의 내측 표면에 대한 거리를 결정하는 돌출부를 포함한다.

조립 중에, 튜브 내부의 핀의 성공적인 통합은, 핀이 튜브에 대해서 완전하게 납땜될 수 있는 경우에만 달성된다는 것이 알려져 있다. 그렇지 않은 경우에는, 기계적 강도 및 열적 수득(yield)의 증가가 보장될 수 없다.

튜브, 케이싱 및 핀에 의해 형성된 조립체를 퍼니스 납땜(furnace soldering)하는 것이 교환기의 여러 구성요소의 완전한 조립 후에 실시된다. 그러나, 퍼니스 납땜 중에 구성요소의 완전한 접촉이 보장되는 조건에서만 최종 퍼니스 용접의 품질이 적절할 것이다.

본 발명에 따른, 가스를 위한, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기의 목적은, 조립된 구성요소들 사이의 우수한 분포의 압축 및 교환기의 양호한 퍼니스 납땜을 제공함으로써, 종래 기술에서 공지된 교환기의 단점을 극복하는 것이다.

본 발명과 관련된, 가스를 위한, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기는, 케이싱 내부에 배열된 복수의 평행 튜브 및 가스의 유동을 방해하고 튜브의 내부에 배열된 핀을 포함하는 타입이고, 냉각 유체와의 열교환에 의해 냉각될 가스가 상기 튜브를 통해서 순환되고, 그리고 열교환기는 튜브 및 케이싱이 각각 복수의 돌출부를 포함하는 것을 특징으로 하고, 돌출부의 분포 패턴 및 치수는 튜브 및 케이싱의 치수에 따라서 규정되고, 돌출부는, 교환기의 퍼니스 용접 중에, 케이싱, 튜브 및 핀 사이의 서로에 대한 양호한 분포의 압축을 보장할 수 있다.

본 발명은 결과적으로, 케이싱 및 튜브의 표면 상에 배열된 돌출부의 패턴 및 특정 치수를 기초로 한다.

이러한 방식에서, 사용되는 핀의 양호한 퍼니스 납땜을 획득하기 위한 튜브의 최적의 구성이 달성된다. 동시에, 그러한 구성은 교환기의 서비스-수명 동안 기계적 강도의 내구성을 개선한다.

본 발명에 따른 돌출부의 구성으로 인해서 달성되는 장점은 다음과 같다.

- 교환기의 케이싱은 튜브 및 핀이 동시에 압축될 수 있게 한다.

- 튜브는, 조립 후에, 핀들이 튜브와의 양호한 접촉을 보장하기 위해서 압축될 수 있게 한다.

- 케이싱과 튜브의 접촉은 돌출부들의 접촉에 의해 보장된다. 동시에, 이러한 돌출부는 구성요소들 사이의 접촉 및 냉각 유체의 분포를 허용한다.

- 구성요소가 동시에 압축되도록, 케이싱 및 튜브가 동일한 돌출부 패턴을 갖는다.

- 돌출부의 패턴 및 치수는 획득하고자 하는 우수한 분포의 압축을 허용하고, 그리고 교환기의 최종적으로 양호한 퍼니스 용접을 허용한다.

바람직하게, 돌출부는 스탬핑에 의해 생성되고, 각각의 돌출부는 실질적으로 편평하고 원형인 돌출 접촉면, 및 돌출부가 스탬핑되는 튜브 또는 케이싱의 표면에 대한, 그리고 상기 접촉면에 대한 연결 반경 및 스탬핑 각도에 의해 규정되는 절두원추형 측부를 포함한다.

유리하게, 튜브 및 케이싱 모두의 돌출부의 치수는 이들 돌출부의 직경 및 높이와, 절두원추형 측부에서의 스탬핑 각도 및 연결 반경에 의해 규정된다.

또한, 바람직한 방식에서, 튜브 상의 돌출부의 분포 패턴은 튜브 자체의 두께, 폭 및 길이에 따라서 규정되고, 튜브는 실질적으로 직사각형인 횡단면을 가지며, 높이보다 폭이 더 넓은 2개의 대향하는 편평한 측부를 구비한다.

바람직하게, 돌출부는 튜브의 2개의 대향하는 편평한 측부 상에 배열되고, 튜브의 외측 쪽으로 방향설정되며, 튜브의 폭에 따라서 하나 이상의 길이방향 열(row)로 분포된다.

튜브에 대한 제 1 실시예에 따라서, 튜브 상의 동일한 열의 돌출부는 튜브의 길이에 의해 규정되는 사전결정된 거리만큼 이격되고, 대응하는 열의 제 1 돌출부는 튜브의 단부에 대해서 튜브의 길이에 의해 또한 규정되는 사전결정된 거리에 배열된다.

튜브에 대한 제 2 실시예에 따라서, 튜브 상의 돌출부는, 길이방향 대칭축에 대해서 동일한 거리에 있고 튜브의 폭에 따라서 규정되는 사전결정된 거리만큼 이격되어 있는 2개의 상호 평행한 길이방향 열에 걸쳐서 분포된다.

바람직하게, 튜브 상의 돌출부의 2개의 열들 사이에는, 튜브의 단부에 대해서 튜브의 길이에 의해 규정되는 사전결정된 거리에 각각 배치된 2개의 단부 보강 돌출부가 존재한다.

유리하게, 케이싱 상의 돌출부의 분포 패턴은 튜브의 폭과 케이싱의 두께, 폭 및 길이에 따라서 규정되고, 케이싱은 실질적으로 직사각형의 횡단면을 갖는다.

바람직하게, 돌출부는 케이싱의 적어도 하나의 측부 상에 배열되고, 케이싱의 내측 쪽으로 지향되며, 케이싱의 폭에 따라서 2개의 길이방향 열의 하나 이상의 그룹으로 분포된다.

케이싱에 대한 제 1 실시예에 따라서, 케이싱 상의 동일한 열의 돌출부들은 케이싱의 길이에 의해 규정되는 사전결정된 거리만큼 이격되고, 대응하는 열의 제 1 돌출부는 케이싱의 하나의 단부에 대해서 케이싱의 길이에 의해 또한 규정되는 사전결정된 거리에 배열된다.

케이싱에 대한 제 2 실시예에 따라서, 케이싱 상의 돌출부는, 케이싱의 폭에 따라서 규정되는 사전결정된 거리만큼 이격되어 있는 2개의 상호 평행한 길이방향 열의 2개의 그룹으로 분포되고, 2개의 열의 2개의 그룹은 길이방향 대칭축에 대해서 동일한 거리를 갖는다.

바람직하게, 각각의 그룹의 돌출부의 2개의 열들 사이에는, 케이싱의 단부에 대해서 케이싱의 길이에 의해 규정되는 사전결정된 거리에 각각 배치된 2개의 단부 보강 돌출부가 존재한다.

유리하게, 돌출부는, 특히, 원형, 십자가형, 다이아몬드형 또는 선형과 같은 상이한 형상을 가질 수도 있다.

전술한 것에 대한 설명을 돕기 위해서, 본 발명에 따른 가스를 위한, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기의 실시예가 단지 비제한적이고 예시적인 다양한 실제적인 경우로서 그리고 도식적으로 도시된 도면을 첨부하였다.

도 1은 케이싱 상의 돌출부를 구비하는 공지된 열교환기의 사시도,
도 2는 내부에 수용된 평행 튜브의 조립체를 보여주기 위해서 가스 저장용기가 없는 상태로 그리고 케이싱의 종단면에 따라 도 1의 열교환기를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 돌출부 및 내부에 수용된 핀을 보여주는 튜브의 횡단면을 따라 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 돌출부의 단일 열을 갖는 튜브의 사시도,
도 5는 도 4의 튜브의 정면도,
도 6은 도 4의 튜브의 평면도,
도 7은 도 6의 선 VII-VII을 따른 튜브의 돌출부의 구체적인 횡단면도,
도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른, 돌출부의 2개의 열의 그룹을 갖는 케이싱의 평면도,
도 9는 도 8의 선 IX-IX을 따른 케이싱의 돌출부의 구체적인 횡단면도,
도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 돌출부의 2개의 열을 갖는 튜브의 사시도,
도 11은 도 10의 튜브의 정면도,
도 12는 도 10의 튜브의 평면도,
도 13은 도 12의 선 XIII-XIII를 따른 튜브의 돌출부의 구체적인 횡단면도,
도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른, 돌출부의 2개의 열의 2개의 그룹을 갖는 케이싱의 평면도,
도 15는 도 14의 선 XV-XV를 따른 케이싱의 돌출부의 구체적인 횡단면도,
도 16a 내지 16e는 상이한 형상 및 배향을 갖는 5개의 돌출부의 평면도,
도 17은 돌출부의 위치의 민감도(sensitivity)와 관련된 그래프,
도 18은 납땜 재료의 두께의 민감도와 관련된 도면.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 가스를 위한, 특히 엔진의 배기 가스를 위한 열교환기(1)는 평행 튜브(2)의 조립체를 포함하고, 튜브는, 본 예에서, 편평하고, 직사각형 횡단면을 가지며, 냉각 유체와 열을 교환하는 가스의 순환을 위해서 의도된 것이다. 평행 도관(2)의 상기 조립체가 케이싱(3) 내부에 수용되고, 케이싱(3)은, 본 예에서, 또한 직사각형 횡단면을 갖는다.

도 2는, 내부의 평행 튜브(2)의 조립체를 보여주기 위해서, 케이싱(3)을 종단면으로 도시한다. 평행 도관(2)의 조립체의 2개의 단부가 지지 플레이트(4)에 각각 고정되고, 지지 플레이트(4)는 각각의 도관(2)의 배치하기 위한 복수의 홀을 갖는다. 각각의 지지 플레이트(4)가 케이싱(3)의 대응하는 단부에 조립된다.

본 실시예에서, 케이싱(3)은, 그 2개의 단부의 각각에서, 가스 저장용기(5)를 포함하고, 가스 저장용기(5)는, 비록 연결 플랜지 및 가스 저장용기를 이용할 수도 있지만, 가스 재순환 도관 상에 조립된다. 또한, 케이싱(3)은 냉각 회로의 유입구 도관(6) 및 배출구 도관(7)을 포함한다.

교환기(1)의 열교환 및 기계적인 강도를 개선하기 위해서, 도 3에 도시된 바와 같이, 튜브(2)의 내부에 배열된 핀(9)이 이용된다.

튜브(2), 케이싱(3) 및 핀(9)에 의해 형성된 조립체의 퍼니스 납땜은 교환기(1)의 여러 구성요소를 완전히 조립한 후에 실시된다. 퍼니스-납땜 프로세스 중에 구성요소의 완전한 접촉이 보장되는 조건에서만, 최종 퍼니스 용접의 품질이 적절하게 될 수도 있다.

동일한 방식으로, 튜브(2) 및 케이싱(3)은 복수의 돌출부(10 및 11)를 각각 포함하고, 돌출부의 패턴 및 치수는 튜브(2) 및 케이싱(3)의 치수에 따라서 규정되며, 돌출부는, 교환기(1)의 조립 및 퍼니스 납땜 중에, 케이싱(3), 튜브(2) 및 핀(9) 간의 서로에 대한 적절한 분포의 압축을 보장할 수 있다.

튜브(2) 및 케이싱(3) 상의 돌출부 패턴의 2개의 실시예가 이하에서 각각 설명된다. 이 경우에, 돌출부(10, 11)는 스탬핑에 의해 생성되고, 원형 형상을 갖는다. 각각의 돌출부(10, 11)는 실질적으로 평면형이고 원형인 돌출 접촉면(12), 및 돌출부(10, 11)가 스탬핑되는 튜브(2) 또는 케이싱(3)의 표면에 대한, 그리고 상기 접촉면(12)에 대한 연결 반경(RR) 및 스탬핑 각도(A)에 의해 규정되는 절두원추형 측부를 포함한다.

튜브(2) 및 케이싱(3) 각각의 돌출부(10, 11)의 치수는 이들 돌출부의 직경(D) 및 높이(H)와, 절두원추형 측부에서의 스탬핑 각도(A) 및 연결 반경(RR)에 의해 규정된다.

도 4 내지 도 7에 도시된 튜브(2)에 대한 제 1 실시예에 따라서, 튜브(2)는 돌출부(10)의 단일 열로 도시되어 있다.

돌출부(10) 패턴의 형성은 이하의 기하학적 관계에 의해 결정된다.

H=(1 내지 4)×T1

D=(0.1 내지 0.5)×W1 및/또는 D=(0.06 내지 0.4)×DD

RR=(0.5 내지 2)×T1 및/또는 RR=(0.1 내지 0.6)×H

45°≤A≤75°

DD=(0.05 내지 0.6)×L1

DDE=(0.05 내지 0.6)×L1

튜브의 길이방향 대칭선에 의해 유지되는 돌출부(10)의 열의 위치 ±10㎜

돌출부가 하나의 열에 걸쳐서 분포된 경우: 10≤W1≤30 ㎜

돌출부가 2개의 열에 걸쳐 분포된 경우: 26≤W1≤45 ㎜

여기에서,

H: 돌출부(10)의 높이

D: 돌출부(10)의 접촉면(12)의 직경

RR: 접촉면(12)에 대한 그리고 튜브(2)의 표면에 대한 연결 반경

A: 돌출부(10)의 스탬핑 각도

T1: 튜브(2)의 두께

W1: 튜브(2)의 폭

L1: 튜브(2)의 길이

DD: 동일한 열의 돌출부들(10) 사이의 거리

DDE: 하나의 열의 제 1 돌출부(10)의 중심과 튜브(2)의 단부 사이의 거리

도 8 및 도 9에 도시된 케이싱(3)에 대한 제 1 실시예에 따라서, 케이싱(3)이 돌출부(11)의 2개의 열의 단일 그룹과 함께 도시되어 있다.

돌출부(11) 패턴의 형성은 이하의 기하학적 관계에 의해 결정된다.

P=(1 내지 4)×T2

D=(0.1 내지 0.5)×W1

RR=(0.5 내지 2)×T2 및/또는 RR=(0.1 내지 0.6)×H

DD=(0.05 내지 0.6)×L2

DDE=(0.05 내지 0.6)×L2

케이싱의 길이방향 대칭축에 중심설정된 돌출부(11)의 열의 위치: ±10㎜

여기에서,

P: 돌출부(11)의 깊이

H: 돌출부(11)의 높이

D: 돌출부(11)의 접촉면(12)의 직경

RR: 접촉면(12)에 대한 연결 반경

T2: 케이싱(3)의 두께

W1: 튜브(2)의 폭

L2: 케이싱(3)의 길이

DD: 동일한 열의 돌출부들(11) 사이의 거리

DDE: 하나의 열의 제 1 돌출부(11)의 중심과 케이싱(3)의 단부 사이의 거리

도 10 내지 도 13에 도시된 튜브(2)의 제 2 실시예에 따라서, 튜브(2)가 상호 평행한 2개의 열의 돌출부(10)를 갖는 것으로 도시되어 있다.

유사하게, 튜브(2) 상의 돌출부(10)의 2개의 열들 사이에는, 2개의 반원이 가장 짧은 대향 단부에 있는 직사각형 형상을 갖는 2개의 단부 보강 돌출부(10a)가 존재한다.

H=(1 내지 4)×T1

D=(0.1 내지 0.5)×W1 및/또는 D=(0.06 내지 0.4)×DD

RR=(0.5 내지 2)×T1 및/또는 RR=(0.1 내지 0.6)×H

45 °≤A≤75°

돌출부가 하나의 열에 걸쳐서 분포된 경우: 10≤W1≤30 ㎜

돌출부가 2개의 열에 걸쳐서 분포된 경우: 26≤W1≤45 ㎜

돌출부의 수: 100 내지 600 ㎜²에 걸쳐 적어도 1개의 돌출부

DDH=(0.05 내지 0.6)×L1

DDV:=(0.2 내지 0.8)×W1

DDE=(0.05 내지 0.6)×L1

DDE1A=(0.05 내지 0.6)×L1

DDE1B=(0.05 내지 0.6)×L1

여기에서,

H: 돌출부(10)의 높이

D: 돌출부(10) 접촉면(12)의 직경

RR: 접촉면(12)에 대한 그리고 튜브 표면(2)에 대한 연결 반경

A: 돌출부(10)의 스탬핑 각도

T1: 튜브(2)의 두께

W1: 튜브(2)의 폭

L1: 튜브(2)의 길이

DDH: 동일한 열의 돌출부들(10) 사이의 거리

DDV: 열들 사이의 거리

DDE: 하나의 열의 제 1 돌출부(10)와 튜브(2)의 단부 사이의 거리

DDE1A: 단부 돌출부(10a)의 제 1 중심과 튜브(2)의 단부 사이의 거리

DDE1B: 단부 돌출부(10a)의 제 2 중심과 튜브(2)의 단부 사이의 거리

도 14 및 도 15에 도시된 케이싱(3)에 대한 제 2 실시예에 따라서, 케이싱(3)은 상호 평행한 2개의 열의 돌출부(11)의 2개의 그룹을 갖는 것으로 도시되어 있다.

유사하게, 각각의 그룹의 돌출부(11)의 2개의 열들 사이에는, 본 예에서는 원형인 2개의 단부 보강 돌출부(11a)가 위치된다.

돌출부(11) 패턴의 형성이 이하의 기하학적 관계에 의해 결정된다.

P=(1 내지 4)×T2

D=(0.1 내지 0.5)×W1

RR=(0.5 내지 2)×T2 및/또는 RR=(0.1 내지 0.6)×H

DDH=(0.05 내지 0.6)×L2

DDV=(0.2 내지 0.8)×W2

DDE=(0.05 내지 0.6)×L1

DDE1=(0.05 내지 0.6)×L1

여기에서,

P: 돌출부(11)의 깊이

H: 돌출부(11)의 높이

D: 돌출부(11)의 접촉면(12)의 직경

RR: 접촉면(12)에 대한 연결 반경

T2: 케이싱(3)의 두께

W1: 튜브(2)의 폭

W2: 케이싱(3)의 폭

L2: 케이싱(3)의 길이

DDH: 동일한 열의 돌출부들(11) 사이의 거리

DDV: 동일한 그룹의 열들 사이의 거리

DDE1: 단부 돌출부(11a)의 중심과 케이싱(3)의 단부 사이의 거리

비록 돌출부(10, 11)가 원형 형상으로 도시되어 있지만, 돌출부가 상이한 방향설정을 갖는 기다란 형상(도 16a 내지 도 16c 참조)과 같은 다른 형상을 또한 가질 수 있고, 또는 특히, 십자가(도 16d) 또는 다이아몬드(도 16e)의 형태를 또한 가질 수도 있다.

동일한 방식으로, 퍼니스 용접을 이용한 조립체 접합에서 존재하는 갭에 대한, 용접 재료의 두께와 돌출부의 거리 사이의 관계를 분석하기 위해서, 프로토타입으로 테스트를 실시하였다.

핀(9)이 튜브(2) 내로 도입될 때 돌출부들 사이의 거리와 조립체 접합에서 존재하는 갭 사이의 관계를 구축함으로써, 돌출부(10, 11)의 위치의 민감도를 보여주는, 도 17의 그래프에서 제 1 테스트의 결과를 확인할 수도 있다.

결과는, 튜브(2)와 핀(9) 사이의 보다 작은 크기의 갭을 제공하는, 돌출부들 사이의 거리가 감소되는 경우에, 조립 프로세스 중의 변형(튜브(2)의 변형)이 방지된다는 것을 나타낸다. 이러한 기술에서 최대 허용가능 갭은 0.15㎜이고, 이는 40㎜의 돌출부들 사이의 거리에 대응한다. 갭의 크기가 클수록, 퍼니스 납땜 결함이 보다 심각해지고 그리고 기계적 강도가 더 감소된다.

핀(9)이 튜브(2) 내로 도입될 때 용접 재료의 두께와 조립체 접합에서 존재하는 갭 사이의 비율을 구축함으로써, 용접 재료의 두께의 민감도를 보여주는, 도 18의 그래프 내의 제 2 문구(text)의 결과를 확인할 수도 있다.

결과는, 갭의 치수가 클수록, 더 두꺼운 용접 재료가 요구된다는 것으로 보여주고, 결과적으로, 보다 고비용의 생산이 요구된다는 것을 보여준다. 이러한 기술에서 최대 허용가능 갭은 0.15㎜이고, 이는 50 마이크로미터의 용접 재료의 두께에 대응한다.

Claims

케이싱(3) 내에 배열되며, 냉각 유체와의 열교환에 의해 냉각될 가스가 내부에서 순환하는 복수의 평행 튜브(2), 및 가스의 유동을 방해하며, 각각의 튜브(2) 내에 배열되는 핀(fin; 9)을 포함하는 가스용, 특히 엔진의 배기 가스용 열교환기(1)에 있어서,
상기 튜브(2) 및 상기 케이싱(3)은 각각 복수의 돌출부(10, 11)를 포함하고, 상기 돌출부의 분포 패턴 및 치수는 상기 튜브(2) 및 상기 케이싱(3)의 치수에 따라서 규정되며, 상기 돌출부는, 상기 교환기(1)의 퍼니스 납땜(furnace soldering) 중에, 상기 케이싱(3), 상기 튜브(2) 및 상기 핀(9) 간에 서로에 대한 적절한 분포의 압축을 보장할 수 있는 것을 특징으로 하는
열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부(10, 11)는 스탬핑(stamping)에 의해 생성되고,
각각의 돌출부(10, 11)는 실질적으로 편평하고 원형인 돌출 접촉면(12), 및 상기 돌출부(10, 11)가 스탬핑되는 튜브(2) 또는 케이싱(3)의 표면에 대한, 그리고 상기 접촉면(12)에 대한 연결 반경(RR) 및 스탬핑 각도(A)에 의해 규정되는 절두원추형 측부를 포함하는
열교환기.
제 2 항에 있어서,
상기 튜브(2) 및 상기 케이싱(3)의 돌출부(10, 11)의 치수는 각각 이들 돌출부(10, 11)의 직경(D) 및 높이(H)와, 상기 절두원추형 측부에서의 스탬핑 각도(A) 및 연결 반경(RR)에 의해 규정되는
열교환기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 튜브(2) 상의 돌출부(10)의 분포 패턴은 상기 튜브(2) 자체의 두께(T1), 폭(W1) 및 길이(L1)에 따라서 규정되고, 상기 튜브(2)는 실질적으로 직사각형인 횡단면을 가지며, 상기 튜브(2)는 높이보다 폭이 더 넓은 2개의 대향하는 편평한 측부(W1)를 구비하는
열교환기.
제 4 항에 있어서,
상기 돌출부(10)는 상기 튜브(2)의 2개의 대향하는 편평한 측부 상에 배열되고, 상기 튜브(2)의 외측을 향해서 지향되며, 상기 튜브(2)의 폭(W1)에 따라서 하나 이상의 길이방향 열(row)에 걸쳐 분포되는
열교환기.
제 5 항에 있어서,
상기 튜브(2) 상의 동일한 열의 돌출부(10)는 상기 튜브(2)의 길이(L1)에 의해 규정되는 사전결정된 거리(DD, DDH)만큼 이격되고, 대응하는 열의 제 1 돌출부(10)는 또한 상기 튜브(2)의 단부에 대해서 상기 튜브(2)의 길이(L1)에 의해 규정되는 사전결정된 거리(DDE)에 배열되는
열교환기.
제 5 항에 있어서,
상기 튜브(2) 상의 돌출부(10)는, 길이방향 대칭축에 대해서 등거리에 있고 상기 튜브(2)의 폭(W1)에 따라서 규정되는 사전결정된 거리(DDV)만큼 이격되어 있는 2개의 평행한 길이방향 열에 걸쳐서 분포되는
열교환기.
제 7 항에 있어서,
상기 튜브(2) 상의 돌출부(10)의 2개의 열들 사이에는, 상기 튜브(2)의 대향 단부들에 대해서 상기 튜브(2)의 길이(L1)에 의해 규정되는 사전결정된 거리(DDE1, DDE2)에 각각 배치된 2개의 단부 보강 돌출부(10a)가 존재하는
열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 케이싱(3) 상의 돌출부(11)의 분포 패턴은 상기 튜브(2)의 폭(W1)과 상기 케이싱(3)의 두께(T2), 폭(W2) 및 길이(L2)에 따라서 규정되고, 상기 케이싱(3)은 실질적으로 직사각형의 횡단면을 갖는
열교환기.
제 9 항에 있어서,
상기 돌출부(11)는 상기 케이싱(3)의 적어도 하나의 측부 상에 배열되고, 상기 케이싱의 내측을 향해서 지향되며, 상기 케이싱(3)의 폭(W2)에 따라서 2개의 길이방향 열의 하나 이상의 그룹으로 분포되는
열교환기.
제 10 항에 있어서,
동일한 열의 상기 돌출부(11)는, 상기 케이싱(3)의 길이(L2)에 의해 규정되는 사전결정된 거리(DD, DDH)만큼 이격되고, 대응하는 열의 제 1 돌출부(11)는 상기 케이싱(3)의 하나의 단부에 대해서 상기 케이싱(3)의 길이(L2)에 의해 또한 규정되는 사전결정된 거리(DDE)에 배열되는
열교환기.
제 10 항에 있어서,
상기 돌출부(11)는, 상기 케이싱(3)의 폭(W2)에 따라서 규정되는 사전결정된 거리(DDV)만큼 이격되어 있는 2개의 평행한 길이방향 열의 2개의 그룹으로 분포되고, 상기 2개의 열의 2개의 그룹은 길이방향 대칭축에 대해서 등거리에 있도록 배열되는
열교환기.
제 12 항에 있어서,
각각의 그룹의 돌출부(11)의 2개의 열들 사이에는, 상기 케이싱(3)의 대향 단부들에 대해서 상기 케이싱(3)의 길이(L2)에 의해 규정되는 사전결정된 거리(DDE1)에 각각 배치된 2개의 단부 보강 돌출부(11a)가 존재하는
열교환기.
제 1 항에 있어서,
상기 돌출부(10, 11)는, 특히, 원형, 십자가형, 다이아몬드형 또는 선형과 같은 상이한 형상을 가질 수 있는
열교환기.